用于红外单光子探测的雪崩光电二极管传输线抑制电路模型的理论分析

结合利用雪崩光电二极管(APD)进行红外单光子探测电路模型的工作原理和特点以及传输线瞬态电脉冲产生的过程,提出了将传输线瞬态过程脉冲发生电路模型用于APD雪崩抑制的一种新方法,该方法可以实现利用APD门模工作方式进行红外单光子探测的过程.主要从理论上计算了红外单光子信号入射APD时,传输线脉冲发生电路模型中负载电阻输出电脉冲的特点,讨论了传输线终端不同边界条件对输出电脉冲的影响,通过理论计算确定了这种利用APD进行红外单光子探测新模型的电路结构与参数,证明了该电路模型用于红外单光子探测APD门模工作方式的 关键词： 红外单光子探测技术 雪崩光电二极管(APD) 抑制电路 传输线瞬态过程     

单光子探测器APD无源抑制特性研究

为了选择高性能单光子探测器件，采用无源抑制方法对工作在盖革模式下的雪崩光电二极管（APD: avalanche photodiode）特性进行了测量。利用APD两端的电压在雪崩后趋于稳定的特性，获得了一种确定暗击穿电压的方法。特性测量实验结果表明：降低温度能加宽APD的最佳工作区域范围，并提高最佳增益值，从而使APD具有更高的灵敏度。通过对EG&;G系列APD和外延APD暗电流和信噪比特性进行比较，发现外延 APD具有良好的噪声性能和信噪比性能，适用于单光子探测。     

在高于253 K温度下的1550 nm波长单光子探测实验

介绍了在高于253 K的温度下，实现红外单光子探测的实验.选用拉通电压较高的雪崩光电二极管（APD），设计制作了非线性限流技术保护高温工作的APD，利用半导体热电制冷器，在256.8K的温度下，实现了1550 nm波段的单光子探测实验.单光子探测的暗记数率为3.13×10－5 ns，在220 kHz/s的单光子脉冲速率下，探测效率为2.08%.     

光通信 其他

TN918 2004053822 APD单光子探测技术=APD single photon detection technology[刊,中]/张鹏飞(广东工业大学应用物理系,广东。广州(510090)),周金运…∥光电子技术与信息,—2003,16(6),—6-11 分别介绍了量子保密通信用APD单光子探测技术及其工作在无源抑制、有源抑制和门模式下的基本工作     

红外InGaAs/InP单光子探测器的温度特性研究

分析了SAGM-APD单光子探测器暗电流产生的机理;得出工作温度和偏置电压是影响SAGM InGaAs/InP单光子探测器探测性能的重要因素.通过实验,分析了三种APD在不同温度下暗电流、光电流与偏置电压的关系曲线,得出一些结论.     

近红外单光子探测

随着以单个光子作为信息载体的量子通信和量子加密技术的兴起,近红外单光子探测技术受到了广泛关注.近红外单光子探测系统具有极高的灵敏度,所以它还可以胜任探测其它近红外波段微弱光信号的任务.半导体雪崩光电二极管是当前最成熟的近红外单光子探测系统的核心元器件;文章阐明了雪崩光电二极管的暗电流和击穿电压对单光子探测的影响,同时还讨论了工作温度、直流偏置、门信号性质和计数阈值等系统参数之间相互制约的关系.     

长距离长期稳定的量子密钥分发系统

介绍了最近完成的长距离长期稳定的量子密钥分发系统.该系统利用往返光路补偿光纤偏振 抖动和相位漂移的原理,采用结电容平衡魔T网络耦合的单光子探测技术,在506km单模 光纤中实现了长时间（大于12h）稳定的量子密钥分发实验.单脉冲平均光子数为007, 误码率为4%,其中单光子探测器的探测效率大于5%,单脉冲暗计数低于29×10^{-6. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 单光子探测}     

基于热敏超导边界转变传感的单光子探测技术

单光子探测是实现光量子信息处理的关键技术之一。基于热敏超导边界转变传感的单光子探测技术以其独有的极低的暗计数率、极高的量子探测效率和极强的光子数分辨能力而倍受关注。对比于其他的几种单光子探测技术,如光电倍增管、工作于盖革模式的雪崩二极管和超导纳米线等,本文将从其探测原理、实验样品制备和信号采集处理方法等方面出发,对基于热敏超导边界转变传感单光子探测技术研究的历史、现状进行综述,进而展望其未来可能的发.     

雪崩光电二极管的雪崩发光串扰研究

在使用时间关联单光子计数的量子保密通信、量子密码术等量子光学领域中,雪崩光电二极管(APD)拥有广泛的应用。然而在其工作过程中,吸收层接收到光子形成载流子,载流子个数在倍增层进行指数型增益,每个载流子通过P-N结结点均有一定概率发出光子,发出的光子在一定条件下会串扰进入另一个雪崩二极管。在盖革模式下进行单光子探测时,这种串扰光子会严重影响时间关联单光子计数的实验结果。研究了APD雪崩原理,实验中做出了串扰峰对比度比较高的现象,分析了影响串扰峰间距和形状的因素,提出通过光隔离规避串扰现象,并通过实验验证了这种避免串扰方法的可行性。     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

基于APD线列的单光子探测计数研究

单光子探测系统可以对单个光子进行探测;探测系统含有探测部分、淬灭电路部分和计数部分;探测部分主要由工作在盖革模式下的雪崩光电二极管组成;在盖革模式下的雪崩光电二极管发生雪崩后不能自然停止,淬灭部分主要为了主动抑制雪崩电流,快速降低雪崩电压,以达到提高探测效率,降低错误计数的目的;APD线列产生多个光子脉冲信号,计数部分的主要功能是对多路光子脉冲信号进行计数、显示并且可以控制每路APD的比较电压,保证每路APD淬灭电路的正常工作。     

Single-photon time response of reach-through APD

Time response of avalanche photodiode (APD) is very important in photon counting systems, and there are many models for circuit simulation. But these studies generally based on the carrier rate equations of steady-state condition, disagree with the single-photon-indicate condition. In this paper, a time response function based on an integration of APD’s sub-domain carriers for reach-through APD arising from a single photo-carrier is derived. The analytical results are shown to be in good accord with experimental results.     

光子计数模式下的目标探测与成像

 当光微弱到以单个光子发射时,成像系统只有利用光子计数模式才能探测到单光子信息。采用基于碰撞电离效应的全固态雪崩光电二极管作为探测元件,构成微光环境下的光子计数成像实验系统。该系统的硬件主要由雪崩光电二极管构成的单光子计数器、计算机、微光照度计、2维电控导轨、控制器、暗箱等组成。控制器的软件在Altera公司Quartus环境下设计,主要完成导轨运动的控制;上位机软件采用VC++编程实现系统的数据采集处理、系统功能控制和光子计数图像显示等。该系统为全固态结构,工作电压小于35 V,暗计数率小于4 Hz。所建光子计数成像系统在10－5 lx微光环境下实现了目标的探测成像。     

Enhanced solar-blind ultraviolet single-photon detection with a Geiger-mode silicon avalanche photodiode

Solar-blind ultraviolet detection is of great importance in astronomy and industrial and military applications.Here, we report enhanced solar-blind ultraviolet single-photon detection by a normal silicon avalanche photodiode(Si APD) single-photon detector with a specially designed photon-collecting device. By re-focusing the reflected photon from the Si chip surface on the detection area by the aluminum-coated hemisphere, the detection efficiency of the Si APD at 280 nm can be improved to 4.62%. This system has the potential for high-efficiency photon detection in the solar-blind ultraviolet regime with low noise.     

量子通信中单光子探测器的实验研究

为了提高单光子探测系统的灵敏度,实验采用InGaAs/InP雪崩光电二极管作为量子通信中的单光子探测器件,以门控脉冲模式实现了更高精度的单光子探测器的偏压生成电路、单光子信号放大电路、单光子信号检测电路和温度控制模块,并通过选用高精度前置放大器OP37和精密比较器AD8561,将量子效率提高到18.3%,暗计数控制小于4.1%×10~(-6)/ns.     

Detection efficiency characteristics of free-running In Ga As/In P single photon detector using passive quenching active reset IC

In Ga As/In P avalanche photodiodes(APD) are rarely used in a free-running regime for near-infrared single photon detection. In order to overcome the detrimental afterpulsing, we demonstrate a passive quenching active reset integrated circuit. Taking advantage of the inherent fast passive quenching process and active reset to reduce reset time, the integrated circuit is useful for reducing afterpulses and is also area-efficient. We investigate the free-running single photon detector's afterpulsing effect, de-trapping time, dark count rate, and photon detection efficiency, and also compare with gated regime operation. After correction for deadtime and afterpulse, we find that the passive quenching active reset free-running single photon detector's performance is consistent with gated operation.     

Ultrahigh-sensitivity high-linearity photodetection system using a low-gain avalanche photodiode with an ultralow-noise readout circuit

A highly sensitive photodetection system with a detection limit of 1 photon/s was developed. This system uses a commercially available 200-microm-diameter silicon avalanche photodiode (APD) and an in-house-developed ultralow-noise readout circuit, which are both cooled to 77 K. When the APD operates at a low gain of approximately 10, it has a high-linearity response to the number of incident photons and a low excess noise factor. The APD also has a high quantum efficiency and a dark current of less than 1 e/s at 77 K. This photodetection system will shorten measurement time and permit higher spatial and wavelength resolution for near-field scanning optical microscopes.     

Detection and spectral measurement of single photons in communication bands using up-conversion technology

Quantum information systems are commonly operated in conventional communication bands (1310 and 1550 nm) over an optical fiber to take advantage of low transmission loss. However, the detection and spectral measurement of single photons in these communication bands are limited due to high noise and low sensitivity of single photon detectors in the wavelength ranges. To demonstrate high efficiency detection and high sensitivity spectral measurement, we have implemented a single photon detector and a spectrometer based on frequency up-conversion technology. This detector and spectrometer uses a 5-cm periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide and a tunable pump laser around 1550 nm, to convert signal photons around 1310 to 710 nm. The converted photons are then detected by a silicon-based avalanche photodiode (APD). The overall detection efficiency of the single photon detector is as high as 32%, which is three times higher than commercial InGaAs APDs. The sensitivity of the spectrometer is measured to be −126 dBm, which is at least three orders-of-magnitude better than any commercial optical spectrum analyzer in this wavelength range.     

采集强干扰下微弱信号的APD电路系统研究

基于雪崩光电二极管反向偏压及其电容特性,利用时间同步原理,构建了一个用于回避强烈反射光信号,探测微弱回波信号的雪崩光电二极管探测系统.对雪崩光电二极管电容效应作出了分析,得出交流高压供电会使雪崩光电二极管产生干扰尖峰脉冲的结论.为了消除这个电容效应产生的尖峰干扰,提出了施加直流反向低压的方案,以达到减少雪崩光电二极管电容变化量的目的.通过实验数据验证了方法可行性.